基于原子力顯微鏡的微-納米加工研究.pdf

1、原子力顯微鏡(AtomicForceMicroscope，簡(jiǎn)稱AFM)的誕生為納米技術(shù)的迅猛發(fā)展起到了推波助瀾的作用，為人們?cè)诩{米尺度上研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其相互作用提供了有力的手段。雖然AFM在最初的發(fā)展階段主要是以形貌測(cè)量及獲得表面特性為應(yīng)用特征，但是人們相信把AFM作為加工工具來對(duì)材料進(jìn)行納米加工將是其未來的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。 納米器件特別是納米電子器件的研究，是目前納米科技研究領(lǐng)域中最熱門的課題之一?，F(xiàn)今，納米操縱技術(shù)是制備

2、納米原型結(jié)構(gòu)、納米器件的重要手段之一。在本論文的研究中，我們使用原子力顯微鏡(AFM)，在接觸模式下實(shí)現(xiàn)了二部分工作：一、在硅片上采用局域氧化方法加工微/納米；二、對(duì)碳納米管束進(jìn)行了各種可控操縱。 作為傳統(tǒng)光刻工藝的替代技術(shù)之一，基于AFM的局域氧化方法在納米加工領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。該方法操作簡(jiǎn)單、成本低廉，集納米加工與原位觀測(cè)于一體，是未來納米電子器件及電路中極具潛力的構(gòu)筑手段。研究工作旨在進(jìn)一步完善大氣環(huán)境下的基于AFM局域

3、氧化法的納米加工技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)和理論上進(jìn)一步積累數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)，為下一步的實(shí)用化研究奠定基礎(chǔ)。隨著外加脈沖偏壓的增大、脈沖時(shí)間的增加，加工得到的點(diǎn)狀納米結(jié)構(gòu)的高度和半徑會(huì)隨之增加。建立了探針針尖-樣品表面體系的簡(jiǎn)化模型，模擬計(jì)算了不同的偏壓、針尖頂端與樣品表面距離以及針尖曲率半徑下樣品表面的局域電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線；據(jù)此解釋了不同偏壓下氧化結(jié)構(gòu)高度的線性變化規(guī)律，說明了氧化結(jié)構(gòu)的高度和半徑隨著針尖頂端與樣品表面距離的增大會(huì)顯著減小的變化趨勢(shì)，推測(cè)

4、氧化結(jié)構(gòu)的高度基本與針尖曲率半徑無關(guān)，其半徑則與該參數(shù)近似呈線性關(guān)系。 利用AFM對(duì)碳納米管進(jìn)行微納米操縱，是有效利用碳納米管優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)性質(zhì)的重要前提。我們研究了AFM對(duì)碳納米管束的各種可控操縱，包括彎折、切割和推移等。發(fā)現(xiàn)操縱結(jié)果與針尖作用力以及碳納米管束在基底表面的受力狀況有關(guān)。并重點(diǎn)對(duì)碳納米管操縱的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行了微觀力學(xué)分析。 綜上所述，AFM是進(jìn)行微/納米加工的有效工具，我們的研究為利用AFM構(gòu)建微電子機(jī)械